阜新發電有限責任公司“8.19”事故調查：聯軸器造成
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GⅠCL型—鼓形齒式聯軸器 | |
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一、全廠概況
阜新發電廠隸屬遼寧省電力公司，始建于1936年，已有60多年建廠歷史，是建國后國家“一五”期間156項重點工程之一。現全廠總裝機容量為750MW，其中：中壓25MW供熱機組兩臺、50MW機組兩臺；高壓50MW機組兩臺、100MW機組三臺；超高壓200MW機組一臺。其中200MW機組是作為“以大代小”的技改工程建設的，機組產權歸阜新發電有限責任公司，阜新發電廠只負責機組的運行，設備檢修及生產管理，阜新發電廠將200MW機組編號為01號機組；
阜新發電有限責任公司由三方股東共同出資建設，東北電力投資開發公司占89％股份；阜新太平電廠占6％股份；阜新市綜合投資公司占5％股份。公司依據《公司法》設立董事會、監事會，總經理負責公司的經營。
二、事故機組概況
阜新發電廠01號汽輪機CCl40／N200--12．7／535／535型超高壓一次中間再熱兩段抽汽凝汽式機組，由哈爾濱汽輪機廠制造，出廠日期1996年，出廠編號72N9；發電機型號QFSN--200--2，出廠編號3--60237，出廠日期為1995年10月，由哈爾濱電機廠制造；鍋爐型號為HG670／13．7--YMI6，出廠編號2339，出廠日期1995年3月，由哈爾濱鍋爐廠制造。
該機組1996年3月安裝，1996年11月2日首次并網發電，同年12月18日正式移交生產。到8月19日事故時止，累計運行15151小時，發電量27．06億千瓦時。
三、事故經過
1999年8月19日0時20分，運行五值接班，機組負荷為155MW運行；0時30分，值長令加負荷到165MW；1時整，值長令加負荷到170MW，主蒸汽壓力為12.6MPa，主蒸汽溫度535℃，蒸汽流量536．9噸／時。
47分30秒，“高、中壓主汽門關閉”、“抽汽逆止門關閉”光字牌報警，監盤司機喊“機跳了”。47分32秒，交流、直流潤滑油泵聯動良好。47分37秒，發電機出口開關5532跳閘，有功負荷到“0”，6KV廠用電備用電源聯動成功。
值長來電話向單元長詢問情況，單元長告：“01號機、發電機跳閘。”值長當即告：“立即查明保護動作情況，對設備詳細檢查，有問題向我匯報。”單元長令：“汽機、電氣人員檢查保護及設備情況。”司機助手到保護盤檢查本特利保護，回來后向單元長匯報：“沒有發現異常。”汽機班長檢查完設備匯報單元長說：“設備檢查沒問題。”電氣班長確認后匯報：“發電機跳，6KV廠用正常聯動備用電源，電氣保護無動作，只有‘熱工保護動作’光字牌來信號。”
單元長向值長匯報：“檢查保護和設備都沒發現問題。”值長告：“如無異常，可以恢復。”隨即單元長告汽機班長：“汽機掛閘，保持機3000轉／分。”汽機班長到就地機頭處操作，手搖同步器由30mm退至到“0”位，同時令司機助手去檢查設備情況，助手回來后匯報：“機組檢查正常，主軸在轉動中。”這時班長操作同步器增加行程時發現高、中壓主汽門來開，告助手去復歸“熱工保護動作自保持復歸按鈕”，當檢查就地壓力表立盤時發現調速油壓很低，對從控制室返回來的助手說：“把調速油泵轉起來。”
調速油壓恢復后，汽機班長到機頭再次掛閘，逐步增加同步器行程，高、中壓主汽門開啟，行程達8mm時回到主控制室，準備用電調升速，設定目標轉速3000r／min，升速率為300r／min／min，按進行鍵，此時轉速實際值未能跟蹤目標值，同時“高、中壓主汽門關閉”信號光字牌亮，汽機班長根據經驗分析認為電調不正常，向單元長匯報，并請示切液調運行，單元長同意。
汽機班長到機頭處將同步器退到“0”位，通知司機將電調切為液調運行，掛閘后同步器行程為8mm時，高壓主汽門已開啟，達Ⅱmln時，轉速表顯示100r／min左右，1時56分30秒，當準備檢查調速汽門開度時，聽到主汽門關閉聲，同時一聲巨響，發電機后部著火，機組嚴重損壞。
四、設備損壞情況
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| 齒輪聯軸器的原理 | 鋼筋剝肋直螺紋機床 | 表面粗糙度祥解 |
| SMS 中德材料對照.pdf | 各國齒輪精度標準對照 |
1．軸系
(1)軸系斷為11段，10個斷裂面，其中5處為軸斷裂，4處為對輪螺栓斷裂，1處為齒型聯軸器失效。
(2)中壓轉子電側軸端在軸封R角處斷裂，斷軸長約1．8m，飛出距離11m。
(3)低壓轉子機側軸端在軸頸與油擋過渡處斷裂，斷軸長約lm。發電機機側軸端在軸頸處斷裂，斷軸長約1．5m。飛落約35m遠。
(4)中、低壓轉子半撓性波紋聯軸器兩端斷裂并成碎塊。
(5)主油泵與主軸間齒型聯軸器內、外齒損壞失效脫開。
(6)低壓轉子與發電機間、發電機與勵磁機間對輪螺栓斷裂。
2．軸瓦
(1)3、4瓦瓦體、瓦蓋打壞，軸承箱上部破裂移位。
(2)5、6瓦瓦體、瓦蓋，軸承箱全部損壞。
(3)6、7瓦全部破裂、移動。
(4)勵磁機前瓦損壞，后瓦瓦蓋損壞，瓦體損壞。
3．隔板、葉輪及葉片
(1)高壓缸葉頂汽封磨損，隔板和軸端汽封嚴重磨損。
(2)中壓缸第21級葉片復環局部脫落，第22級全級葉片葉頂磨損約lOmm。
(3)低壓缸轉子27級葉片距葉頂斷掉約200mm，32級葉片有27片距葉型底部15mm處斷。
4．主、輔設備
(1)高、中缸貓爪橫銷翹起，立銷不同程度損壞，缸體位移。
(2)低壓缸逆流側上缸左側破裂為IOOX300mm的孔洞，排汽缸上缸右側破裂約為300×700mm的孔洞，下缸右側中分面下部破裂約為1000X1000mm孔洞。
(3)低壓缸順流側下缸左側破裂約為150X300mm孔洞。
(4)發電機定子底部局部掃膛，轉子槽楔全部磨損，發電機勵側上端蓋破損。
(5)中、低壓缸導汽管機側左部被擊穿約300X1000mm的孔洞，中部右側斷裂約1000mm，電側左部被擊穿約為300X1000mm的孔洞。
(6)盤車裝置損壞，定子線圈飛出A排墻外，齒形圈飛出約25m。
(7)中壓調速汽門操縱座折斷傾倒。
經評估，事故造成的經濟損失為1246萬元。
五、事故原因分析
1．齒型聯軸器失效是事故的起因。
齒型聯軸器由左、右外齒軸套和左、右內齒套筒構成。1998年5月25日，阜新發電廠01號機組大修時發現，主油泵齒型聯軸器外齒的齒寬磨損嚴重，于是更換了該齒型聯軸器。具體的定貨渠道是：1998年4月15日，阜新發電廠供應處(即阜新發電物資供銷公司)同黑龍江省龍電開發有限公司(以下簡稱龍電公司)簽訂了二十萬千瓦汽輪機配件加工合同。龍電公司將阜新發電廠二十萬千瓦汽輪機配件委托給哈爾濱汽輪機廠輔機工業總公司(以下簡稱輔機公司)加工。龍電公司隸屬黑龍江省機械廳，注冊資本六十萬元，系有限責任公司，近幾年為東北電網及全國電力系統提供過配套服務。據了解，輔機公司隸屬于哈爾濱汽輪機廠，該公司具備發電設備加工制造資格，經東北電業管理局審查被確定為東北電業管理局物資入網企業。輔機公司向阜新發電廠提供的齒型聯軸器到貨時附有合格證和材質單。
根據中國科學院金屬研究所對齒型聯軸器材質的檢測：左、右內齒和左外齒材料為38CrMoAl，基體熱處理和表面滲氮處理均不合格，齒表面滲氮缺陷嚴重超標；右外齒錯用材料為32Cr3MoV，使右內、外齒材料不相匹配，是齒型聯軸器低壽命失效的主要原因。結構設計造成的潤滑不良，加速了齒型聯軸器的低壽命失效。此外，齒型聯軸器裝配的實際尺寸與圖紙有偏差，可能使內外齒更易磨損。
齒型聯軸器的失效，在運行中造成主油泵小軸與汽輪機主軸脫開，主油泵停止工作，轉速失去監測、調節系統失控。
2．幾種因素偶合的特殊工況致使低壓缸鑄鐵隔板在壓力波沖擊作用下碎裂是軸系損壞的主要原因。
由于主油泵不能工作，調速油壓低、中壓主汽門前壓力高、轉速失去監測、調節系統失控等條件的偶合，導致機組啟動時中壓汽門遲后于高壓汽門而突然全開的特殊工況。根據清華大學應用振蕩流體力學原理的計算結果：在中、低壓缸瞬時進入300t／h——600t／h蒸氣所產生的壓力波沖擊下，低壓各級隔板級間最大壓差均為設計壓差的10倍以上。通過對低壓鑄鐵隔鐵破壞性試驗結果表明，導葉屈服時的加載力約為設計壓差的6．5倍；隔板損壞時的加載力約為設計壓差的10倍，試驗與計算結果相一致。
因此，低壓缸鑄鐵隔板的碎裂損壞，使靜、動部件嚴重碰磨，機組發生強烈振動，是轉子斷裂、軸系破壞的主要原因。
3．運行人員缺乏正確的判斷能力，是偶發中壓缸瞬時進人大量蒸氣特殊工況的主要原因之—。
齒型聯軸器的失效，導致轉速失去監測、調節系統失控，中壓缸瞬時進入大量蒸氣特殊工況，這種情況在國內從未發生過，現場運行人員對此缺乏正確的判斷能力，對轉速表的異常指示沒能做出全面的綜合分析，運行人員認為“無異常”，仍按正常操作程序進行起動，是發生中、低壓缸瞬時進入大量蒸汽特殊工況的條件之—。
六、事故性質和責任分析
1．齒型聯軸器的失效是事故的起因。由于齒型聯軸器質量低劣，材料處理工藝不合格及錯用，導致齒牙嚴重磨損、折斷、變形損傷，造成齒型聯軸器低壽命失效，使主油泵軸與汽輪機主軸脫開，導致發電機跳閘、機組甩負荷、轉速失去監測、調節系統失控。因而制造廠家哈爾濱市汽輪機輔機工業總公司對此負主要責任。
2．阜新發電有限責任公司對齒型聯軸器的失效，導致轉速失去監測、調節系統失控未能做出正確判斷，對機組的再次啟動應負直接責任。阜新發電有限責任公司，廠、分廠、生技處、安監處、值長組等相關領導應負領導責任；當班值長、單元長、汽機班長、汽機司機對啟動應分別負指揮、操作的直接責任。
3．設計、制造、運行單位對這種特殊工況的產生條件研究不夠，未能在現有技術水平上加以避免，從而發生隔板損壞、進而導致軸系破壞的嚴重后果，應承擔一定的責任。
事故性質：阜新發電有限公司“8•19”軸系損壞事故是—起由設備質量、技術等綜合原因偶合引發的重大責任事故。
七、暴露問題
1．通過實際測量、解剖檢查等表明，低壓缸隔板大部分導葉插入深度不夠或澆鑄接合不好，尤為突出的是澆鑄的靜葉銷釘充滿度不好，降低了導葉與隔板和外環的連接強度，在事故中使導葉從葉根或葉頂處拔出、脫落。
2．中壓轉子表面存在加工缺陷和早期裂紋，導致應力集中，材料的抗疲勞能力及壽命大幅度降低，在機組異常工況下極易損壞，存在隱患。
3．汽機運行規程不嚴密。對齒形聯軸器損壞脫開，導致轉速失去監測、調節系統失控，從現象到判斷處理，沒有明確規定，使運行人員只能憑個人分析去處理。
4．培訓工作不扎實，沒有突出崗位培訓的特點，缺乏相應的專業技術內容。造成運行
八、防范措施
1．齒型聯軸器是汽輪機極為重要的部件，其磨損現象在國內較為普遍，對其設計、制造質量必須高度重視。要認真總結設計中的問題，嚴格控制制造、加工質量；應有防止內齒套筒相對位移過大的措施，進一步改善齒的潤滑狀況；嚴禁錯用材料、嚴格規范材料的處理工藝。確保齒型聯軸器使用的安全性、可靠性。
2．加強備品配件的質量管理工作。按標準認真檢驗各項指標，嚴把備品配件及設備質量關，防止不合格的備品備件進廠，進而保證備品備件的安全可靠性。
3．鑄鐵隔板在國產200MW機組上被廣泛使用，其制造、加21232藝要求較高，尤其是導葉的插人深度、澆鑄結合的程度以及設計的型線等，一般較難控制，在正常運行中雖未發生過大的問題，但在異常工況下極易損壞，為提高運行的安全性和經濟性，建議今后制造廠在新制機組時考慮將鑄鐵隔板改為焊接隔板，以提高抗沖擊能力。
4．加強技術培訓，提高人員素質。人員素質與生產和技術的發展水平不相適應是普遍現象，尤其是青工較多、經驗不足的現狀。要加強人員的崗位技術培訓，建立嚴格的技術考核制度，提高運行人員對一般事故和特殊事故的判斷、應變能力和水平。
5．加強技術管理、杜絕事故隱患。設備的健康水平是保證機組安全運行的先決條件，無論劃、缺陷均要查明原因，及時消除，決不可放過。要對200MW機組的齒形聯軸器進行一次全面的檢查，發現問題及時處理。按規定認真完成金屬監督要求，對汽輪發電機轉子進行金屬檢查。
6．完善運行規程。對現有200MW機組的運行、檢修規程進行全面的審查，結合設備、系統的實際情況加以充實完善。如主油泵標高、低油壓保護聯動值、再熱器壓力的控制要求等，應進行深入研究，納入規程。要針對電、液并存調節系統易發生的故障，編進運行規程的事故處理章節，以使運行、檢修人員操作有章法、判斷有依據。
7．就地增設在主軸側取信號源的轉速表，便于運行人員在沖轉升速及事故處理過程的對照和分析。